Scelta
di articoli di Genetica Clinica/Umana pubblicati nel Giugno 2012 nelle
seguenti riviste: Lancet, Lancet Neurology, Nature, Nature Biotechnology,
Nature Medicine, Nature Reviews Genetics, Nature Reviews Neuroscience, NEJM,
PNAS, Science & Cell.
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Mechanisms and consequences of widespread random
monoallelic expression. Nature Reviews Genetics
2012;13:421.
Review sui meccanismi e sulle conseguenze dell’espressione monoallelica casuale
di geni autosomici, simile a quella dei geni XL nelle femmine dei mammiferi, e
che sono più numerosi di questi. Per alcuni di questi geni autosomici in metà
delle cellule è espresso l’allele materno e nella restante metà quello paterno,
per altri invece questa espressione monoallelica casuale (RME) riguarda solo
alcune cellule mentre tutte le altre hanno un’espressione biallelica. E questo
comporta eterogeneità cellulare e una straordinaria varietà di combinazioni. I
primi geni in cui è stato osservato questo sono stati i geni codificanti i
recettori dei linfociti B e T (è stata definita esclusione allelica, 1965)
mediante geni attivanti la ricombinazione (RAG), i geni dell’olfatto presenti
in cluster nel genoma, recettori del ferormone, recettori delle cellule natural
killer, geni coinvolti nelle funzioni chemosensorie e immunitarie. Nel 2007 le
nuove tecniche di analisi del genoma hanno consentito di stimare che il 5-10%
dei geni hanno RME. Da notare che per nessun gene soppressore di tumore è stato
dimostrata la RME. Quali gli effetti immaginabili sul fenotipo? La variabile
espressione di certe variazioni e le note difficoltà di rapporto
genotipo/fenotipo. Il meccanismo è una replicazione asincrona. Sono facilmente
comprensibili le implicazioni funzionali per i chemosensori: ad es. per
l’olfatto si evita la confusione di funzione di due diversi alleli del
recettore, per i geni codificanti recettori del sistema immunitario si genera
una estrema diversità cellulare. Meno chiaro per altri geni. Il fenomeno EMC ha
anche implicazioni per l’evoluzione. Molto bello
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Mutations in KANSL1
cause the 17q21.31 microdeletion syndrome phenotype. Nature Genetics
2012;44;636 e Mutations in the chromatin modifier gene KANSL1 cause the
17q21.31 microdeletion syndrome. Nature
Genetics 2012;44:639.
Due lavori (di cui uno dei colleghi della Cattolica di Roma) sulla sindrome da
microdelezione 17q21.31 che ora si dimostra che è una sindrome monogenica da
aploinsufficienza del gene KANSL1. Situazione analoga a altre sindromi da
microdel come la s. Smith-Magenis syndrome (delezione
17p11.2, gene RAI1), la s. Phelan-McDermid syndrome (del22q13, gene SHANK3), la s. Kleefstra (del9q34, gene EHMT1). Il gene KANSL1
codifica per un prodotto che fa parte del complesso non-specific
lethal (NSL), altamente conservato e descritto per la prima volta nella
Drosofila, il cui knockout è responsabile di una significativa riduzione di
apprendimento. Va sottolineato (ndr) che l’identificazione del gene che
determina il fenotipo nella s. da microdelezione 17q21.31 è avvenuta in base a
una selezione clinica accurata, incluso (gruppo di Roma) il dismorfismo
facciale, che ha indotto a ricercare mutazioni dei geni compresi nel segmento
usualmente deleto in soggetti con fenotipo compatibile con del17q21.31 ma senza
microdelezione. Vedetevi le foto e memorizzate le caratteristiche facciali. Una
dimostrazione della necessità, prima di applicare un test genetico, di una
competente e approfondita valutazione clinica.
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Exome sequencing and the genetic basis of complex traits. Nature
Genetics 2012;44:623.
Il sequenziamento esonico (SE) ha avuto un buon successo negli studi di
sequenziamento di geni candidati e ora è anche usato negli studi di
associazione di rare varianti codificanti per le malattie complesse. In questa
Perspective viene commentata l’esperienza di SE di 438 persone e viene presentato
il trattamento e il controllo di qualità dei dati grezzi di ottenuti, le
statistiche applicate, il peso dato alle varianti rare per identificarne
l’associazione con il fenotipo e la necessità di stratificare la popolazione (def.:
suddividerla in sottopopolazioni (strati) il più possibile omogenee rispetto
alla variabile da studiare, utilizzando una variabile ad essa correlata, ndr) nell’analisi
delle variante rare. Gli AA concludono che l’entusiasmo del SE per lo studio
dei tratti multifattoriali è giustificato ma la popolazione in studio deve
essere molto ampia (>10.000 campioni) per poter raggiungere la necessaria
potenza statistica (che dipende dal numero di eventi che si verificano in uno
studio e dal numero di soggetti inclusi nel campione, questo per rendere meno
probabile il rischio di considerare non significativa una differenza invece
esistente, ndr). Vedi altri lavori citati nelle Spigolature Maggio 2012 (Not-so-rare gene
variants. Nature 485:418; http://www.sciencemag.org/content/early/recent)(National
Heart, Lung, and Blood Institute Exome Sequencing Project; Science
2012;336:740. Recent explosive human population growth has resulted in an
excess of rare genetic variants).
Ancora Autismo
**Fruits of exome sequencing for autism. Research highlights. Nature Reviews Genetics doi:10.1038/nrg3248. Commento di 5 articoli/commenti di cui 4 (Nature 2012; pg. 237, pg. 242, pg. 246; pg. 482; PLoS Genetics 2012;8:e1002635) riportati nell’elenco degli “Articoli di interesse” dello scorso Maggio, e un articolo su Neuron (De novo gene disruptions in children on the autistic spectrum. Neuron 2012;74,285). L’abbondanza di dati consente alcune considerazioni: sono state individuate 127 mutazioni de novo che alterano la funzione genica, alcune sicuramente causative della patologia, estrema eterogeneità di locus con almeno 6 geni con mutazioni troncanti (es. SCN2A, CHD8, KATNAL2) e molte decine di altri geni coinvolti (alcuni stimano 65, altri dicono centinaia), geni che contribuiscono ciascuno per una piccola frazione di casi, molti svolgono un ruolo cruciale in alcuni pathway di segnale cruciali (β-catenina-chromatin remodelling protein network circa 40% dei casi, p53) e sono geni causativi di alcune malattie comportamentali e epilessia, una frequenza di mutazioni non sinonime de novo nei pz (46%) più alto rispetto alla popolazione normale (mutazioni che potrebbero costituire un rischio ma non essere da sole causa di malattia), le mutazioni de novo sono in prevalenza di origine paterna e sono correlate con l’età paterna (come alcune malattie MG AD, ndr). Vi sono anche altri geni ritenuti causa di autismo (UBE3B, CLTCL1, NCKAP5 like, ZNF18) in omozigosi di mutazioni missenso rare. Ma sembra che il contributo all’autismo non sia limitato a geni codificanti a proteine ma esteso anche a regioni non codificanti (MSNP1AS)(A noncoding RNA antisense to moesin at 5p14.1 in autism. Science Translational Medicine 2012;4:128ra40)
Nell’autismo sono state trovate mutazioni-malattia di
geni delle proteine sinaptiche, come la neuroligina, la neuressina, GKAPs/SAPAPs
e ProSAP/Shank, ma ne rimangono non ancora ben chiari i meccanismi
patogenetici. Due lavori sul modello di topo con mutazione del gene Shank2 possono
indicare l’appropriata terapia in base al meccanismo patogenetico che determina
la patologia neurologico-comportamentale.
Autistic-like behaviours and hyperactivity in mice lacking
ProSAP1/Shank2. Nature 2012;486:256. Sono stati generate topi che mancano
di tutte le isoforme ProSAP/Shank2 e ne è stato verificato il fenotipo proteico,
tissutale (architettura sinaptica), neurofisiologico e comportamentale. E’
stata dimostrata: una disregolazione della neurotrasmissione glutamatergica,
con l’analisi comparativa di topi con mutazione di proteine simili (ProSAP1/Shank2
o delle principali isoforme di ProSAP2/Shank3), che fanno parte dello stesso
pathway sinaptico, si rileva che le conseguenze molecolari possono essere diverse
(eccesso o difetto di recettori del glutamato), il fenotipo comportamentale di
mutazioni di ogni membro della famiglia ProSAP/Shank è comunque quello dello
spettro autistico (ASD): mantenuta la memoria di lavoro (informazioni che
vengono intrattenute temporaneamente dal sistema mnestico, ma con una capacità
ed un tempo di ritenzione ridotti, Wikipedia), aumentata l’ansietà, presenza di
anomalie di interazione sociale e di vocalizzazione. Rimane da stabilire se
terapie gene- o pathway specifiche possono modulare o far regredire i
meccanismi molecolari responsabili del ASD.
Autistic-like social behaviour in Shank2-mutant mice improved by
restoring NMDA receptor function. Nature 2012;486:261. Mutazioni di Shank2 sono causa di
autismo e di deficit intellettivo. E’ stato generato un topo con delezione
dell’esone 6 e 7 del gene Shank2 (Shank2-/-), delezione che
determina nell’uomo la nota sindrome da microdelezione. Il fenotipo è quello
classico murino dell’autismo con ridotta socializzazione da vocalizzazioni
ultrasoniche, salti ripetitivi, con normale struttura cerebrale e normale sopravvivenza.
La delezione comporta assenza di proteina Shank2 nell’encefalo senza effetto
compensatorio di Shank1 e Shank3. Vi è una notevole diminuzione della funzione
dei recettori glutammato NMDA (NMDAR). La loro stimolazione con D-cicloserina
ne normalizza la funzione e migliora l’interazione sociale dei topi Shank2-/-.
Anche la terapia con mGluR5 (metabotropic
glutamate receptor 5)(i recettori metabotropici
glutammatergici sono importanti per la plasticità e lo sviluppo
neuronale, ndr)(vedi
Genome-wide
copy number variation study associates metabotropic glutamate receptor gene
networks with attention deficit hyperactivity disorder. Nat Genet 2012;44:78)(vedi Articoli di
interesse Gennaio 2012), che attivando NMDAR ne normalizza la funzione e
aumenta considerevolmente nel topo l’interazione sociale.Possibile strategia terapeutica per una frequente e grave patologia comportale (frequenza 1/150 bambini, ereditabilità 40-80%, rischio per fratelli 25 volte superiore della popolazione generale, concordanza gemelli MZ 60%, DZ 20-30%, causa nota nell’1-2% dei casi: monogenico in <1%).
Maternal periconceptional folic acid intake and risk of autism spectrum
disorders and developmental delay in the CHARGE (CHildhood Autism Risks from
Genetics and Environment) case-control study. Am J Clin Nutr
10.3945/ajcn.110.004416. Studio per verificare
se l’assunzione materna di acido folico (AF) in epoca periconcezionale modifica
il rischio di figli con Deficit intellettivo o Autismo. Nell’ambito di uno
studio popolazionistico CHARGE
(CHildhood Autism Risks from Genetics and Environment) di lunga durata (2003 to
2009)(Davis Ca.) è stato stimata l’assunzione quotidiana di ac. folico in un
gruppo di madri con figlio con autismo (n. 429) o con ritardo di sviluppo
(n.278) rispetto a madri con figlio con normale sviluppo e comportamento (n.
278). Come da attendersi l’assunzione media di AF nel primo trimestre di
gravidanza è stata significativamente maggiore nelle madri con figlio normale
rispetto alle madri con figli con autismo. La dose quotidiana > 600 µg AF
nel primo trimestre è associato a ridotto rischio di figlio con autismo e è
dose dipendente. L’associazione tra assunzione di AF e ridotto rischio di
autismo è risultata ancor più significativa per madri e figli con il
polimorfismo MTHFR 677 C>T. La conclusione è che l’assunzione
periconcezionale materna di AF sembra ridurre il rischio di autismo nel figlio,
soprattutto in coloro che hanno un metabolismo meno efficiente dei folati (vedi
anche Epidemiology 2011;22:476, Spigolature Aprile 2012). “The replication of
these findings and investigations of mechanisms involved are warranted” dicono
gli AA (ma perchè l’autismo sembra crescere di frequenza in USA – vedi Autism increase. Nature 2012;484:11, vedi Spigolature
Aprile 2012- quando i cereali sono arricchiti con AF in USA per la
prevenzione dei DTN? Ndr).
Reversing the fragile X phenotype. Research highlights. Nature Reviews Neuroscience doi:10.1038/nrn3255. Topi
Fmr1-/y che mancano della proteina assente nella s. Fragile X
(FMRP) dell’uomo hanno molte manifestazioni cliniche della condizione umana che
possono essere corrette con riduzione dell’attività di un recettore metabiotropico
per il glutammato (mGluR5) mediante manipolazione germinale. Ma per trasformare
questa osservazione in una strategia terapeutica per la s. Fragile X andava
dimostrato che tale effetto lo si riscontra anche quando il fenotipo è già
presente. Il commento riguarda l’articolo (Chronic pharmacological mGlu5
inhibition corrects fragile X in adult mice. Neuron 2012;74:49) in cui si conferma che l’inibizione
farmacologica cronica di mGluR5 nel topo adulto corregge molte delle anomalie
fenotipiche (apprendimento e memoria) da perdita di FMRP. Ma anche è
dimostrabile un positivo effetto tissutale (densità dendritica) e una
regolazione dei pathway di segnale ERK e mTOR a livello della corteccia
cerebrale.
Anti-stress
therapy for muscular dystrophy. Research
Highlights Nature Biotechnology 2012;30:508. Commento
di un lavoro (Hsp72 preserves muscle function and slows progression
of severe muscular dystrophy. Nature
2012;484:394) che parte dall’osservazione
del ruolo di processi infiammatori nella patogenesi della m. Duchenne e
verifica l’effetto di un farmaco, BGP-15,
che è un induttore farmacologico di heat shock protein 72 (Hsp 72), proteina
sregolata in alcune patologie; BGP-15 è un buon candidato per la terapia di
malattie “dei lipidi di membrana” con misfolding proteico associato con l’età
(è in sperimentazione clinica ad es. nel diabete) senza rilevanti effetti
collaterali. In due diversi modelli di topo Duchenne l’aumentata espressione di
Hsp 72 preserva la forza muscolare e ne migliora gli aspetti distrofici dei
muscoli. La terapia viene proposta per la m. Duchenne e per altre condizioni
con patogenesi simile o come unica terapia sintomatica o in associazione con
altre terapie farmacologiche o geniche.
Hereditary mixed polyposis syndrome is caused by a
40-kb upstream duplication that leads to increased and ectopic expression of
the BMP antagonist GREM1. Nature Genetics 2012;44:699.
Mutazioni
ad alta penetranza di alcuni geni come APC, MSH2 and MLH1 causano specifici tumori colorettali
associate a specifiche anomalie extracoliche. La sindrome da poliposi
ereditaria mista (HMPS) è una
malattia tumorale AD con polipi del colon-retto di diversi tipi e con alto
rischio di carcinoma. Usando una complessa metodologia nelle famiglie con HMPS (mappatura
genetica, array oligonucleotidico custom, NGS, analisi di espressione genica e
funzionali) viene individuata una piccola duplicazione a livello di 15:30.77
Mb a monte del locus GREM1 che
determina un’espressione aumentata e ectopica allele specifica del gene che a
sua volta causa una riduzione di attività del pathway BMP (Bone Morphogenetic
Protein), meccanismo in comune con un’altra condizione simile (Poliposi
giovanile del grosso intestino).
La duplicazione causa di HMPS sinora è stata trovata
solo nella popolazione degli ebrei askenaziti.
Mutations in the RNA exosome component gene EXOSC3 cause
pontocerebellar hypoplasia and spinal motor neuron degeneration Nature Genetics
2012;44:704. L’ipoplasia pontocerebellare (PCH) è
un gruppo clinicamente e geneticamente eterogeneo di condizioni (PC1-PC6) AR con
grave patologia neurodegenerativa caratterizzate da ridotta crescita e funzione
del tronco e cerebellare, microcefalia e ritardo di sviluppo globale. PCH1 ha
oltre a questo anche perdita delle cellule delle corna anteriori del midollo
spinale con secondaria diffusa atrofia muscolare (tipo SMA). Nel mx parte dei
casi la diagnosi è solo clinica, in sole due occasioni è stata trovata una
mutazione in uno dei tre geni VRK1 (encoding
vaccinia-related kinase 1) o RARS2 (encoding
mitochondrial arginyl-tRNA synthetase 2) o TSEN54 (encoding tRNA splicing endonuclease 54). In questo
lavoro il sequenziamento esonico in una famiglia con 4 fratelli affetti è stata
trovata omozigosi di una variante rara del gene EXOSC3 in tutti gli affetti. L’analisi di altre famiglie (totale 13,
due sole con consanguineità dei genitori) ha consentito di validare tale dato
trovando mutazioni bialleliche missenso, frameshift e del sito di
splicing. In 4 non è stata trovata mutazione
dei geni noti, incluso EXOSC3. Knockdown
di exosc3 in embrioni di zebrafish
determina anomalie di sviluppo con piccole dimensioni cerebrali e ridotta
mobilità. Questo è il primo esempio di malattia umana da mutazione di un gene che
codifica per un componente del complesso multiproteico che degrada vari tipi di
RNA, suggerendo un ruolo critico del metabolismo del RNA nello sviluppo
cerebrale.
Mutations in IRX5 impair craniofacial development and germ cell
migration via SDF1. Nature Genetics
2012;44:709.
Alterazioni anche modeste di proliferazione o migrazione delle cellule della
cresta neurale (NCC), determinano anomalie cranio-facciali strutturali e
funzionali con compromissione non solo cranio-facciali ma anche dentali,
lacrimali, salivari e tiroidee. Nel lavoro viene descritta una nuova condizione clinica a trasmissione AR (MIM
#611174) con deficit intellettivo, anomalie frontonasali (simile alla displasia
fronto-nasale, ndr), miopia, ipoplasia lacrimale e salivare, ipodontia,
orecchie prominenti, ipoacusia NS, fragilità scheletrica, DIV con anomalie di
conduzione, anemia microcitica-ipocromica. Sulla base della funzione di
questo gene (vedi poi) nei maschi è stata documentata anche un’anomalia
testicolare. La mappatura per
omozigosità e il seguente
sequenziamento dei geni (73) in 2 diverse famiglie con 5 probandi e con incroci
di consanguinei, ha identificato due diverse mutazioni missenso di un fattore
di trascrizione IRX5. Knockdown di Irx5 negli embrioni di
Xenopus laevis (rana Africana) causa anomalie simili a quelle osservate nei
probandi, in particolare anomalie craniche da alterata migrazione delle NCC nel
primo arco branchiale che sono prevenibili iniettando il gene selvatico di topo
ma non il gene con mutazione missenso. Nello X. laevis Irx5 modula la
migrazione delle cellule progenitrici negli archi branchiali e nelle gonadi (vedi
clinica) controllando l’espressione di un gene (Sdf1) una citochina essenziale
per la migrazione delle NCC. Il gene IRX1 coopera con altre due proteine
zinc-finger (GATA3 e TRPS1) la cui aploinsuffcienza causa due condizioni con
segni clinici in parte simili a quelli di questa nuova condizione, Ipoparatoroidismo
con ipoacusia NS e malattia renale (#MIM 146245) e Sindrome Trico-rino-falangea
1 (MIM #190350).
CCDC103 mutations
cause primary ciliary dyskinesia by disrupting assembly of ciliary dynein arms.
2012;44:714.
Analisi genetiche (mappatura, gene candidato) nello zebrafish hanno consentito
di identificare mutazioni di un gene (ccdc103c) come causa di
paralisi ciliare nel pronefro, placode olfattivo e nel canale spinale; tale
gene è quindi ritenuto essenziale per l’assemblaggio dineinico dell’assonema e
la motilità cigliare. L’analisi genetica di 146 famiglie di origine pakistana
con soggetti affetti da discinesia cigliare primaria (PCD1, MIM #244400) ha identificato mutazioni dell’ortologo umano CCDC103,
alcune ipomorfe altre decisamente patogene. CCDC103 costituisce quindi un importante fattore assonemico che
favorisce l’ancoraggio della dineina, motore proteico, ai microtubuli cigliari.
Paper reveals
new channels for worry over long QT syndrome. New Nature Medicine 2012;18:839. La
sindrome con QT lungo è una condizione caratterizzata da allungamento
dell’intervallo QT all’ECG, che significa un tempo eccessivo tra
depolarizzazione e ripolarizzazione ventricolari con predisposizione a
un’aritmia cardiaca, che può esitare in fibrillazione ventricolare e morte
improvvisa. Può essere dovuta a una mutazione (sinora circa 700) di uno dei 13
geni noti (quelli per ora noti) o indotto da farmaci specialmente gli inibitori
della tirosinchinasi, come Nilotinib (Novartis) usato come terapia della leucemia
mieloide cronica. Tale farmaco fa crescere la frequenza di tale complicazione
dal 5% di partenza all’11% dopo il trattamento (Haematologica doi:10.3324/haematol.2011.058776,
2012). Si è sempre pensato che questi farmaci bloccassero i canali ionici del
potassio ritardando la ripolarizzazione. Ma sembra che il meccanismo sia più
complesso determinando un’inibizione del pathway di segnale PI3K che interessa anche
altri canali ionici (Science Translational Medicine 2012;4:131ra50). Questo induce a un
cambiamento nei test preclinici di nuovi farmaci che per ora includono solo la
valutazione del blocco del canale del potassio, il suggerimento allora di “Beyond
potassium”. Ma queste informazioni potrebbero essere utili per sviluppare
farmaci da aggiungere a quelli noti e che attivino il pathway P13K, rendendo
possibile l’utilizzo dei farmaci già in uso e il recupero di quelli scartati
per l’effetto negativo sul QT. (Queste nuove info potrebbero essere utili anche
per il QT lungo genetico? ndr).
Somatic mutations in Brain. Nature Medicine 2012;18:869. Nella emimegalencefalia (HMG),
caratterizzata da eccessivo sviluppo e malformazioni (displasia corticale con
epilessia) di un emisfero cerebrale è stato trovato in alcuni soggetti una mutazione
somatica attivante confinata all’encefalo del gene AKT3 (Somatic Activation of
AKT3 Causes Hemispheric Developmental Brain Malformations. Neuron 2012;74:41). Il knockout del topo e dello
zebrafish ha ridotto numero di neuroni e ridotte dimensioni cerebrali, mentre
la sovraepressione AKT3 determina aumento dello spessore cranico nello
zebrafish, esperimenti che sottolineano il ruolo di questo gene nel controllo
dinamico delle dimensioni craniche. La clinica aveva notato una sovrapposizione
tra HMG e la s. Proteus (MIM #176920), che è un’altra condizione con eccesso di
crescita asimmetrica e sproporzionata di varie parti del corpo, del connettivo,
del tessuto adiposo con malformazioni vascolari da attivazione somatica in
mosaico del gene AKT1 (NEJM 2011;365:611) e una sindrome con ipoglicemia e
emi-ipertrofia da mutazione germinale o somatica attivante del gene AKT2 (An
Activating Mutation of AKT2 and Human Hypoglycemia. Science 2011;334:474)(vedi
Articoli interesse 2011). Interessante anche che nel cancro, che non è una
complicazione della HMG, sono state trovate mutazioni del gene AKT3. Come per
altre condizioni l’effetto della mutazione può dipendere dal tipo di mutazione
(PTPN11 s. Noonan e leucemia mieloide acuta, ad es. ndr) o dal diverso contesto
cellulare come ipotizzato per AKT3.
Wnt/ß-Catenin Signaling and Disease. Cell 2012;149:1192. Review sul pathway di trasduzione
del segnale WNT/b-catenina che controlla lo sviluppo e i cui numerosi
componenti contribuiscono a un ampio spettro di patologie nell’uomo note dai
primi anni ’90 con l’identificazione del gene della Poliposi adenomatosa colica
(APC) che interagisce con la ß-Catenina. Ora sono quasi 30, buona parte con
mutazioni da perdita di funzione, poche con acquisizione di funzione, tra cui
mutazione del gene codificante la proteina WNT3 LOF
tetra-amelia, WNT4 LOF Mullerian duct regression and virilisation, WNT5B LOF?
type II diabetes, WNT7A LOF Fuhrmann syndrome, WNT10A LOF odonto-onchyo-dermal
hypoplasia, WNT10B LOF obesity, cheratosi palmo-plantare, ipotricosi ereditaria
semplice, vitreo-retinopatia essudativa familiare, vari tipi di cancro, diabete
tipo II e altre (Tab. 1). Nella review vengono poste 10 domande a cui non è
possibile per ora dare risposta, tra cui: quanti geni sono controllati
dal Wnt, rapporto delle cellule staminali del cancro con Wnt, identificazione
di efficaci inibitori di Wnt.
Tumor Suppression by p53: Fall of the Triumvirate? Cell 2012;149:1183.
Commento di un articolo sullo stesso fascicolo (Tumor Suppression in the Absence of p53-Mediated Cell-Cycle Arrest,
Apoptosis, and Senescence. Pg. 1269) in cui viene sottolineato il ruolo di
soppressore di tumore di p53 che viene attivato da segnali come l’attivazione
di un oncogene, l’erosione telomerica, l’ipossia e il danno genotossico. A sua
volta p53 coordina tre meccanismi di risposta, che sono l’induzione di arresto
del ciclo cellulare, l’apoptosi e la senescenza. Così viene evitato che la
cellula esposta a stress oncogenico proliferi e che si sviluppi il tumore.
L’articolo, come dice il commento, getta costernazione, perché dimostra che un
mutante p53 (3KR) non induce l’arresto del ciclo cellulare, apoptosi o
senescenza ma protegge comunque il topo dallo sviluppo del tumore. Ma
allora “if not cell-cycle arrest, apoptosis, or senescence, what is p53 doing?”
Lo studio dimostra che i
geni che rimangono rispondenti alla mutazione 3KR sono quelli della regolazione
del metabolismo energetico e della funzione antiossidante conservando la
funzione di ostacolo all’effetto Warburg (processo metabolico caratteristico
delle cellule cancerose che assumono glucosio a una velocità molto superiore e
che utilizzano una frazione minore di quel glucosio per la produzione di
energia, meccanismo simile a quello delle cellule fetali) regolando l’uptake
del glucosio, la glicolisi e i livelli di radicali liberi centrati sull’O2.
Dato che metà dei tumori dell’uomo hanno mutazione p53 per nuovi approcci
terapeutici sarebbe importante conoscere come modulare questi nuovi pathway
piuttosto che tentare di regolare direttamente la funzione di p53.
Vedi anche Super-PTEN
mice. Nature Genetics 2012;44:481. Commento di un articolo (di PP Pandolfi
e coll. - Harvard: Systemic Elevation of PTEN Induces a Tumor-Suppressive
Metabolic State. Cell 2012;149:49)(Spigolature Maggio 2012).
Dynamic Responses. Science
2012;336:1358.
L’espressione dell’oncosoppressore p53 è attivato da stress, con una dinamica
stress-dipendente che può essere intermittente o permanente. Nel lavoro che
viene commentato (p53 Dynamics Control Cell Fate. Stesso fascicolo pg. 1440),
l’attivazione pulsatile di p53 interessa geni di arresto del ciclo cellulare e
della riparazione DNA consentendone la riparazione. Mentre l’attivazione
permanente di p53 promuove geni della senescenza cellulare. Quindi la dinamica
delle proteine condiziona il destino della cellula.
Data-driven unbiased curation of the TP53 tumor suppressor gene mutation
database and validation by ultradeep sequencing of human tumors. PNAS
2012;109:551. Database
delle mutazioni di p53 da analisi statistica di 34.453 mutazioni descritte e
analisi dell’intero gene nei tumori umani usando NGS.
Vitamin K2 Is a Mitochondrial Electron Carrier That Rescues Pink1
Deficiency. Science 2012;366:1306. Come le conoscenze che derivano
dallo studio di una malattia genetica possono favorire la comprensione dei
meccanismi molecolari di una malattia neurodegenerativa comune come il
Parkinson. Malattia comune oltre i 65 anni (1-2.5% della popolazione) ma che
nel 4.5% dei casi è precoce e dovuta a mutazione di alcuni geni come il gene
Parchina o da mutazione in omozigosi o in eterozigosi di un altro gene, Pink1
(pten-induced putative kinase 1; pink1)(OMIM *608309), che è una chinasi
serina/treonina localizzata nei mitocondri, che causa una forma anch’essa
precoce (PARK6). Viene studiato il pathway molecolare in cui è coinvolto Pink1.
Di interessante il fatto che nella Drosofila mutata la disfunzione
mitocondriale viene recuperata dalla vitamina K2 (il gene UBAIAD1 localizzato
nei mitocondri trasforma vit. K1 in vit. K2) favorendo la normale produzione di
ATP. Potrebbe essere una terapia per pazienti con malattia Parkinson da difetto
Pink1 o di Parchina.
Restless Flies, Fragmented Sleep. Science 2012;336. La sindrome delle gambe senza riposo
(RLS) è una malattia del sonno-veglia con una spiacevole sensazione di
fastidio, soprattutto di notte, che porta a muoverle continuamente e a insonnia
notturna e deprivazione cronica del sonno. In OMIM sono riportate sette diverse
forme di Restless legs syndrome, susceptibility to, RLS 1-7 tutte con %. I geni
di suscettibilità sono localizzati in 12q, 14q13-31, 9p24-22, 2q33, 20p13,
6p21, 2p14. In una forma, RLS6, è stato individuato un gene di suscettibilità,
BTND9 in 6p21, la cui proteina è localizzata nel SNC e sembra che funzioni come
adattatore della ubiquitina-proteina ligasi. Nella Drosofila è stato
individuato un gene simile (Curr. Biol. 2012;22, 10.1016/j.cub.2012.04.027) e ne sono state analizzate
le funzioni. La sua delezione comporta nell’insetto un continuo movimento con periodo
totale di sonno normale ma molto frammentato. Esperimenti di knockout tissutale
rivelano il ruolo nella patologia di neuroni dopaminergici. Il trattamento con
antagonista dopaminico riduce i movimenti dell’insetto mutato. BTBD9 interessa
i pathway di mobilizzazione del ferro interagendo con IRP-2 (RNA-binding
protein che controlla il metabolismo cellulare del ferro).
Cancer and
Telomeres-An ALTernative to Telomerase. Science 2012;336:1388.
Perspective. Le cellule tumorali per crescere indefinitamente devono
contrastare la perdita progressiva dei telomeri, e l’85-90% dei tumori usano la
telomerasi che sintetizza ripetizioni esanucleotidiche in tandem 5’-TTAGGG-3’.
La telomerasi non è espressa nella maggior parte delle cellule normali per cui
è considerata un buon target oncologico e per questo sono in corso varie
sperimentazioni cliniche anche se il 10-15% delle cellule tumori mancano di telomerasi
e molte usano un sistema alternativo per allungare i telomeri (Alternative Lengthening of Telomeres (ALT). Viene presentato un
aggiornamento sulla ricerca di ALT, sulle nuove conoscenze del relativo pathway
e viene proposto come un ulteriore target per la terapia oncologica, non
alternativo ma combinato, con la terapia con inibitori della telomerasi per la
nota eterogeneità genetica tumorale e per il possibile instaurarsi di
meccanismi di resistenza a quest’ultima terapia.
A Unifying
Role for Prions in Neurodegenerative Diseases. Science 2012;366:1511. Alcune malattie
neurodegenerative (Creutzfeldt-Jakob
disease, Alzheimer’s disease (AD), Parkinson’s disease, and amyotrophic lateral
sclerosis (ALS) hanno alcuni elementi in comune: sono sporadiche in oltre l’80%
dei casi e hanno un tempo di latenza di decenni, il che significa che qualche
evento collegato con l’età che rende patogena la proteina specifica. L’ipotesi
fatta dall’A. (vedi anche un articolo riportato tra gli articoli di interesse
del Maggio 2012: The Spread of
Neurodegenerative Disease. NEJM 2012;366:2126), è che un processo casuale di
rinaturazione della specifica proteina in uno stato di malripiegamento proteico
noto come prione, che se assume una forma aberrante è in grado di replicarsi e
di forzare le altre proteine dello stesso tipo a assumere anch’esse una
struttura anomala generando così la malattia. La natura “infettiva” degli aggregati
proteici uomo-animale sostiene questa ipotesi. Queste conoscenze favoriranno la
diagnosi presintomatica (PET per identificare le proteine prioniche) e la
terapia multifarmaci per ridurre l’accumulo proteico, interferire con la trasformazione
prionica e favorire l’eliminazione dei prioni.
Loss of functional GABAA receptors in the Alzheimer diseased brain. PNAS
2012;109:10071. Nella
m. Alzheimer (AD) i sistemi di neurotrasmettitori colinergico e glutaminergico
sono profondamente alterati, mentre è sempre stata considerata normale la
trasmissione GABAergica, che è il più importante neurotrasmettitore inibitorio
nel cervello con azione principalmente mediata dai recettori postsinaptici
GABAA (GABAAR). Ma studi nei modelli animali e nell’encefalo prelevato a
persone decedute con AD mettono in evidenza modificazione GABAergiche significative
e età dipendenti. Nel lavoro continuano lo studio confermando che nell’encefalo
di persone con AD il sistema di segnale GABAergico è profondamente alterato con
modificazioni funzionali dei recettori postsinaptici GABAAR.
Gaucher disease gene GBA functions in immune regulation. PNAS
2012;109:10018. La m.
Gaucher (OMIM #230800) è una malattia AR da mutazione del gene GBA
(beta-glucosidasi acida) che codifica per un enzima, glucocerebrosidasi beta,
con accumulo di glucosilceramide nelle cellule. Sono descritte 3 forme
cliniche: tipo 1 con coinvolgimento dei visceri, scheletro e polmoni ma non neurologico,
tipo 2 con anche coinvolgimento neurologico, tipo 3 con coinvolgimento
neurologico subacuto. Nel lavoro viene dimostrata una complessa compromissione
dell’immunità cellulare nel topo con delezione limitata alle cellule staminali
ematopoietiche del gene GBA, soprattutto il timo. Questi risultati sottolineano
un ruolo importante di GBA nella regolazione immunitaria e che la carenza dell’enzima
determina una diffusa disregolazione del sistema immunitario tramite l’accumulo
di substrati. Informazioni utili per la clinica e la terapia.
Arylsulfatase G
inactivation causes loss of heparan sulfate 3-O-sulfatase activity and mucopolysaccharidosis
in mice. PNAS 2012;109:10310.
Deficit delle solfatasi lisosomiali causano un accumulo del relativo substrato
che comporta un’alterata funzione lisosomiale e una successiva cascata di
eventi extralisosomiali. Nella degradazione dei glicosaminoglicani (GAG o
mucopolisaccaridi) intervengono diversi enzimi che quando carenti determinano
un gruppo di malattie note come Mucopolisaccaridosi, dovute sinora a 11 diversi
difetti genetici. Il catabolismo di un prodotto di degradazione, l’eparansolfato,
è particolarmente complesso e non completamente noto e il suo accumulo causa
una grave patologia neurologica. Nel lavoro, partendo dalla recente
osservazione nel cane che una solfatasi lisosomiale, Arilsolfatasi G (ARSG) è
associata a una forma adulta di ceroido-lipofuscinosi, si è verificato cosa
succede nel topo knockout per il relativo gene. I topi hanno una normale
crescita e aspetto e sono fertili, deficit cognitivo età dipendente e disturbi
comportamentali. Vi è accumulo di eparansolfato nel SNC, fegato e reni. Particolarmnete
interessato il SNC con accumuli lisosomiali (vacuoli), nei neuroni, nelle
cellule della microglia, nelle cellule di Purkinje del cervelletto e nei
macrofagli perivascolari e meningei; dopo i 10 mesi di vita è documentata
perdita di c. Purkinje, morte neuronale e microgliosi e astrocitosi della
corteccia cerebellare. Gli AA propongono che la carenza di questo enzima sia la
causa di una specifica Mucopolisaccaridosi che propongo venga chiamata MPS IIIE
(o malattia Sanfilippo E).
Hereditary Systemic Amyloidosis. Due to
Asp76Asn Variant β2-Microglobulin.
NEJM
2012;366;2276. Descritta una
famiglia con amiloidosi ereditaria AD con diarrea cronica progressiva dall’età
di 30-40 anni, perdita di peso, sintomatologia autonomica e sindrome sicca (scarsa
secrezione delle mucose congiuntivale, buccale e vaginale) e da depositi
amiloidi diffusi con accumulo di una β2-microglobulina, ma con normali livelli
ematici (a differenza della amiloidosi da dialisi), da mutazione missenso del
gene della β2-microglobulina. Questa variante, come altre varianti
amiloidogeniche, pur mantenenendo la struttura della proteina wild type, ha una
dinamica funzionale tale da essere in grado di promuovere la fibrillogenesi.
Thrombosis from a Prothrombin Mutation Conveying
Antithrombin Resistance. NEJM
2012;366:2390. La trombofilia ereditaria è dovuta a
mutazioni di vari geni, ma in molti casi la ricerca della base genetica rimane
senza successo. In una famiglia giapponese con più affetti da trombosi venosa
profonda è stata trovata una mutazione missenso del gene Protrombina, non
descritta, che segrega con la trombofilia. La proteina mutante ha una attività
moderatamente più bassa rispetto alla proteina selvatica ma la formazione del
complesso trombina-antitrombina è alterata. La mutazione determina
un’acquisizione di funzione del gene protrombinico che è causa di resistenza
alla antitrombina e quindi suscettibilità alla trombosi.
Genomics: The breast cancer landscape. Nature 2012;486;328. Whole-genome sequencing of
breast cancers is exposing the scope of tumour diversity and helping to
pinpoint avenues for precise diagnostics and targeted therapy. See Articles
p.346 & p.353, Letters p.395, p.400 & p.405.
The genomic and transcriptomic architecture of 2,000
breast tumours reveals novel subgroups. Integrative analysis of copy number and gene expression in 2,000 primary
breast tumours with long-term clinical follow-up revealed putative cis-acting
driver genes, novel subgroups and trans-acting aberration hotspots that
modulate subgroup-specific gene networks.Whole-genome analysis informs breast cancer response to aromatase inhibition OPEN. Whole-genome analysis of oestrogen-receptor-positive tumours in patients treated with aromatase inhibitors show that distinct phenotypes are associated with specific patterns of somatic mutations; however, most recurrent mutations are relatively infrequent so prospective clinical trials will require comprehensive sequencing and large study populations.
The clonal and mutational evolution spectrum of primary triple-negative breast cancers. Primary triple-negative breast cancers are shown to vary widely and continuously in the degree of clonal evolution and mutational content at the time of diagnosis, with implications for future studies of the disease.
The landscape of cancer genes and mutational processes in breast cancer. A study of breast cancers shows that the number of somatic mutations in each varies markedly and is strongly correlated with age at diagnosis and cancer histological grade.
Sequence analysis of mutations and translocations across breast cancer subtypes OPEN. This paper reports one of the largest breast cancer whole-exome and whole-genome sequencing efforts so far, identifying previously unknown recurrent mutations in CBFB, deletions of RUNX1 and recurrent MAGI1–AKT3 fusion; the fusion suggests that the use of ATP-competitive AKT inhibitors should be evaluated in clinical trials.
Melanoma pathway targeted. Nature 2012;486:160. A drug that targets the RAS
signalling cascade — which is thought to drive tumour growth in 20% of cancers
— improves survival in some patients with advanced melanoma.
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